ГлавнаяНа ряде заводов железобетонных изделий и крупнопанельного домостроения внедрена система автоматизированного неразрушающего контроля. Она включает измерительный комплекс из пьезоэлектрических и магнетометрических блоков, часто смонтированных на металлической раме с приводом, системы подачи изделий в зону контрольного поста и операторной (рис. 7.4, 7.5). Управление системой контроля производится с пульта оператора. Информация с измерительной аппаратуры передаётся в блок сбора и обработки информации.
Повышенная остаточная технологическая влажность бетона ухудшает теплозащитные качества ограждающих конструкций, что приводит к промерзанию. Для измерения влажности эффективными оказались диэлькометрический и нейтронный методы. Диэлькометрический метод измерения влажности ГОСТ-217118-84 применяется для оперативного производственного контроля влажности бетона в изделиях, поверхностного слоя оснований под полы, стен, заполнителей и т.п. Серийное производство приборов, основанных на этом методе, начато с 1961 г.
Участки контроля прочности бетона назначают с учётом конструктивных и технологических особенностей. Расположение и количество контролируемых участков указывают в рабочих чертежах конструкции. Так, для контроля передаточной прочности бетона в многопустотных панелях, места контроля располагают в середине пролёта и в зоне анкеровки арматуры на половине высоты боковых граней (рис. 7.6, а, б). В панелях перекрытия прочность бетона контролируют в средней зоне конструкции, во внутренних несущих стенах - в верхней зоне, где наименьшая прочность бетона.
Неразрушающий контроль качества железобетона. Имеются государственные стандарты на методы и средства неразрушащих испытаний и правила контроля. Наибольшее распространение неразрушающие методы получили в приёмочном контроле готовой продукции. В перспективе ими должны быть охвачены все основные технологические процессы.
Разработаны рекомендации по местам контроля прочности бетона (рис. 7.6).
Для обеспечения массового внедрения неразрушающего контроля требуется разработка и реализация комплекта мероприятий (техникоэкономических, метрологических, плановых, кадровых, информационных и др.). На рисунке 7.5 приведена схема типового отраслевого комплекса.
Контроль качества производится операторами. Метрологическое обеспечение производства предусматривает наличие приборов, серийно выпускаемых специализированными организациями, создание ремонтной базы.
Комплексная система неразрушающего контроля и управления качеством изделий крупнопанельного домостроения включает контрольные посты на основных технологических участках, центральный пункт управления. Так, например, прочность бетона в готовых изделиях контролируется ультразвуковым импульсным методом (прибором УК-10ПМ), плотность керамзитобетона наружных стеновых панелей -радиоизотопным плотномером, толщина защитного слоя бетона -электромагнитным методом (прибором ИЗС-10И), величина предварительного натяжения арматурных стержней - электронно-частотным прибором ИПН-7.
В БелНИИОУС разработан автоматизированный информационноизмерительный комплекс для неразрушающего контроля железобетонных изделий. Комплекс устанавливается автономно или включается в конвейерную технологическую линию. Он состоит из унифицированного стола для размещения контролируемого объекта, подвижной каретки с измерительными приборами и управляющего вычислительного комплекса. Комплекс работает в автоматическом и полуавтоматическом режимах.
В автоматическом режиме на экране дисплея выдаётся информация о текущих измерениях. По окончании измерений (толщины панели, прочности бетона, толщины защитного слоя) комплекс выдаёт паспорт изделия.
Неразрушающие испытания бетона при массовом производстве конструкций. Стенды неразрушающего контроля устанавливают в конце технологических линий заводов и предназначены для слежения за такими показателями качества, как прочность и однородность бетона. Это позволяет следить за статистическими характеристиками этих показателей и регулировать технологический процесс производства. Измерительная траверса с несколькими парами ультразвуковых датчиков перемещается вдоль контролируемой конструкции. С помощью пневматики осуществляется прижим датчиков к конструкции.
По результатам измерений вычисляют следующие характеристики:
- среднюю прочность бетона в i-й конструкции n-й партии
- среднюю прочность бетона в i-й партии
- среднюю прочность бетона за анализируемый период
- среднее квадратичное отклонение прочности бетона, определяемое для i-й конструкции m-й партии
- среднее квадратичное отклонение в т-й партии
- среднее квадратичное отклонение прочности бетона, определённое неразрушающим методом, усреднённое по всем партиям за анализируемый период
- среднее квадратичное отклонение прочности бетона, определённое с учётом параметра SТ за анализируемый период
- коэффициент вариации прочности бетона, определённый за анализируемый период
В формулах обозначено: j - номер участка конструкции; m - номер партии; i - номер конструкции; n - число контролируемых конструкций в партии; р - число контролируемых участков в конструкциям; m - число партий за анализируемый период; Кn - коэффициент, учитывающий порционную прочность бетона; ST - среднее квадратичное отклонение зависимости «скорость-прочность».
При Vn > 20% однородность прочности бетона признаётся неудовлетворительной. Средняя прочность бетона в партии конструкций Rnm должна быть не ниже требуемой прочности RnT, т.е.
определяют по табл. 7.1.
В процессе контроля прочность бетона поддерживают на среднем уровне
где Rt - требуемая (отпускная) прочность бетона; Kmn - коэффициент, уменьшающий межпартионную вариацию Vmn и определяемый по табл. 7.2 в зависимости от Vmn =Smn/R0*100%;
nm - число серий образцов в т-й партии; Rot nm - средняя отпускная прочность бетона m-й партии; Ra - средняя прочность всех серий образцов за анализируемый период.
Для оперативного регулирования прочности бетона составляют контрольные карты (рис. 7.7).
Для прогнозирования прочности и однородности (по коэффициенту вариации) используют следующие зависимости:
где R1 - прочность бетона в возрасте 1 ч; Ri - то же в возрасте i сут.; Vn28 - коэффициент вариации прочности бетона в партии изделий в возрасте 28 сут.; Vnt - то же в момент испытания на стенде.
Разработаны блок-схемы измерительных систем, например, представленной на рис. 7.8.
Дистанционный контроль прочности твердеющего бетона. На рисунке 7.8 приведена схема измерительной системы КАТЬ-2М, предназначенной для использования в формовочных цехах и на полигонах. Система КАТЬ-2М включает акустические зонды для измерений и приёма ультразвуковых колебаний при установке их на изделие, блок-реле для коммутации приёмных и генераторных цепей, блок-линии задержки для установки контрольного значения времени распространения сигнала, электрический коммутатор для последовательного подключения к выходу ультразвукового прибора, управляющее устройство для периодического подключения системы проведения контроля.
Комплекс ВСМ-4 предназначен для неразрушающего контроля прочности и однородности бетона. В комплект входят портативный склерометр СК и аналогово-цифровой преобразователь ВСМ, предназначенный для измерения, запоминания и математическо-статистической обработки информации. Склерометр снабжён магнитоупругим датчиком, который преобразует в электрический сигнал скорость изменения контрольного усилия в момент удара по поверхности бетона.
Микропроцессорный комплекс ВБМ-4 с датчиками давления предназначен для контроля напряжённого состояния бетона. Датчики М20 закладывают в бетон в процессе изготовления изделия, прибор ВСМ-4 контролирует, измеряет и запоминает информацию, вычисляет напряжённое состояние и внутренние силы по сечениям конструкций.
Контроль за поведением строительных конструкций при ударных нагрузках осуществляют микропроцессорным комплексом ВРМ-5.
Организация мониторинга в строительстве. Производят мониторинги: геотехнический, геоэкономический, гидрогеологический, несущих конструкций, ограждающих конструкций, нового строительства, при реконструкции, существующих зданий вблизи строящегося (2, 41, 49, 50, 65, 66). Для каждого вида мониторинга определены цели, задачи, состав, организация, использование инструментов.
В практике всё шире используют автоматизированную систему мониторинга с целью повышения надёжности, безопасности, эффективности производства, обеспечения высокого качества, а также оперативно-технического управления.
Обследование технического состояния строительных конструкций, зданий и сооружений. Можно выделить следующие этапы инструментального обследования:
- изучение истории введения и эксплуатации объекта;
- изучение технической документации по объекту, включая ознакомление с рабочими чертежами, журналами ведения работ и на укрытые работы, переписку с различными организациями, акты ранее произведённых осмотров, обследований, с материалами инженерногеологических и гидрогеологических изысканий, данных об агрессивности грунтов и грунтовых вод, об авариях и пожарах и др.;
- визуальный осмотр состояния близко расположенных зданий и сооружений;
- разработка и выполнение программы инструментального обследования, включая:
- составление обмерочных чертежей и сравнения с проектом;
- испытание грунтов основания с определением физико-технических характеристик, сравнение их с первоначальными;
- составление ведомости дефектов с указанием их пространственного расположения и, если это возможно, времени их возникновения;
- определение физико-механических характеристик материалов, а для металлов и химического состава - вида и степени коррозионного повреждения конструкций;
- выполнение поверочных расчётов по прочности, жёсткости и трещиностойкости с учётом возможного изменения геометрических размеров, расчётных схем, прочностных и деформационных характеристик материалов, новых нагрузок и воздействий;
- оценка полученных результатов и обоснование возможности дальнейшей эксплуатации объекта;
- разработка (при необходимости) чертежей усиления или повышения жёсткости конструкций, зданий и сооружений в целом;
- разработка проекта реконструкции или ремонта зданий или сооружения с учётом современных требований к данному типу объектов;
- авторский контроль за выполнением рекомендаций и проекта в целом.
Положительный опыт стран Запада. Автоматизированная система управления производством. Новые заводы рассматривают как сокровищницы исследовательской и инженерной мысли, как образцы точности и качества. Некоторые предприятия становятся полностью автоматизированными, например, автоматизированная установка по приготовлению и дозированию бетона. Она включает: систему транспортировок, подачи в камеру, снятие формы, упаковки, контроля, переоснастку, выявление сбоев и регулирование режима работы.
Компания JDAT разработала пакет программ для информационного моделирования строительства. Проектные данные выдаются для передачи на производственные установки, например, опалубочным работам, лазерным установкам, автоматам для правки и резки арматуры. Инженеры-проектировщики при этом могут планировать, анализировать и визуализировать свои задачи.
Комплексные экспериментальные исследования. Выдающиеся экспериментальные исследования проведены Н. Койлем, Н. Мусом, ВСР Commitee. Исследования отличаются масштабом поставленных задач, технической оснащённостью, оригинальностью решения инженерных задач, практической реализацией результатов.
Строительная промышленность включает: изыскания, проектирование, производство, снос здания, утилизацию отходов.
На всех этапах производятся исследования, испытания, контроль качества.
Вопросы проектирования, производства, контроля и испытаний курирует Европейская федерация по сборным железобетонным изделиям. Основные её задачи - повышение конкурентоспособности железобетонных изделий, демонстрация его положительного влияния на социальное развитие, повышение экологической ответственности, эффективное использование энергии и ресурсов, увеличение объёма частных инвестиций в крупные инфраструктурные проекты, стабилизация нормативных и юридических аспектов в целях обеспечения долгосрочного развития отрасли, разработка и внедрение смесительных и дозирующих технологий, надёжного технологического оборудования.
Наибольшее распространение получили бетоны: тяжёлый, мелкозернистый, облицовочный, фибробетон, самоуплотняющийся, особо высокопрочный.
Особенности испытания высокопрочного (прочность ≥65 Н/мм2) и сверхвысокопрочного (прочность ≥150 Н/мм2) бетона) (по материалам журнала «Международное бетонное производство» за 2011-2012 гг.) рассмотрены ниже.
Испытывают образцы в виде цилиндров размером 150х150мм и кубы с рёбрами 150 мм. Образцы и прессовые установки изготавливают в соответствии со стандартами. Установки отличаются высокой жёсткостью к кручению и минимально возможным растяжением. Процесс разрушения записывают фотокамерой со скоростью 10 000 снимков в секунду. Для записи данных и их обработки используют специальное программное обеспечение.
Активно внедряют новые испытательные технологии определения механических характеристик материалов, направленные на повышение точности, уменьшение продолжительности, упрощение установки приборов и обработки результатов опытов.
Например, описаны методология и результаты определения удобоукладываемости, реологических (предел текучести, пластическую вязкость) и механических свойств самоуплотняющегося бетона, армированного стальным волокном.
Реологические параметры вычисляют с использованием модели Бингана. В этих экспериментах готовят бетонные смеси с водоцементным отношением 0,34 и добавлением одиннадцати различных видов стального волокна: прямые, волнистые, Г-образные, с содержанием 0,5; 1; 1,54; 2 кг/м3.
Имеются руководства по расчёту пропорций, контролю и применению самоуплотняющихся бетонов. В рекомендациях Японского общества гражданских строителей выделены три типа бетонов: с использованием тонких фракций, модификаторов вязкости и смешанного применения. Бетон характеризуется и реологическими параметрами: пределом текучести (То) и структурной вязкости (μ). При определённой их комбинации не происходит расслаивания. Применяют современные модификаторы вязкости, изменяющие реологию бетона. Испытания направлены на изучение способности модификатора вязкости обеспечить стабильность, подвижность, среднюю плотность.
Самоуплотняющийся фибробетон активно исследуют в разных странах. Оптимизация состава бетона, распределение волокон в бетоне, исследование влияния их размеров и геометрии распределения фибры по объёму.
Интенсивно применяют стекловолоконную арматуру. Она по сравнению со стальной более легка, устойчива к агрессивной среде, не проводит магнитные волны.
Примеры комплексного подхода при возведении уникальных зданий. Строительство коммерческого банка в Германии высотой 303 м. Это пример тесного сотрудничества строителей, проектировщиков, учёных для специфических условий: достаточно мощная слоистая толща (~50 м) грунтов значительной сжимаемости, подстилаемая известняками при жёстких требованиях к величине средней осадки (< 25 см) и к дополнительным осадкам близко расположенных ранее построенных соседних зданий банка (< 0,5 см).
Это потребовало внедрения оригинальных конструкций фундаментов телескопической формы с заглублением их в известняки, разных шагов свай по подошве и разную их глубину.
В ходе строительства вели тщательные инструментальные наблюдения за перемещениями грунтовой толщи на глубину до 70 м, свай, соседних зданий, за нагружениями в сваях и элементах здания.
Всё это позволило успешно выполнить поставленные задачи.
В практике всё шире применяют комплексную систему управления строительством, например, возведение объектов Москва-сити.
Эффективные конструкции соединений элементов. Внедрённые решения обеспечивают быстрое и качественное выполнение различных работ. При этом применяют высокоточную и надёжную систему инструментального контроля, новые испытательные технологии, измерительные средства.
Клеевое соединение деталей. Быстрое и надёжное склеивание или ремонт строительных элементов предлагает компания МС-Ваuchemiе. Клеевой раствор SX481Е на основе эпоксидной смолы позволяет быстро и надёжно соединять элементы.
Жёсткие соединения арматурных стержней. Успешно внедряют новую систему соединения арматурных стержней, позволяющую быстро и безопасно создавать жёсткие арматурные каркасы и сетки. Система заменяет стандартные методы вязки проволокой и сварки. За час выполняют до 1000 соединений.
Крепёжные детали для сборных конструкций. Так, для стеновых панелей применяют крепёжную систему VS-ISI 3D. В качестве достоинств системы выделяют следующие: симметричное расположение анкерных петель; улучшенную структуру перекрёстных петель; улучшенное сцепление между бетоном и стальным профилем; гибкие технологии заполнения швов; высокую способность выдерживать нагрузки и высокую приспособляемость.
Экологически аспекты строительства. Степень воздействия строительных материалов на среду оценивают по жизненным циклам конструкций: производство материалов, монтаж, эксплуатация, утилизация.
Так, экологический аспект бетона рассматривают с учётом особенностей: добычи заполнителей (небольшое количество потребления энергии, отходов в виде пыли и воды, истощения природных ресурсов), использования гидравлического цемента (выбросы СO2, значительное потребление электроэнергии), использования воды (небольшое количество потребляемой энергии, истощение природных ресурсов), производства бетона (значительное потребление электроэнергии, образование большого количества отходов и пыли, загрязнение воды), процесса строительства (выброс СО2, значительное образование отходов, возникновение значительных рисков для жизни рабочих), процесса эксплуатации (потребление электроэнергии, эксплуатационные расходы), утилизации (расход энергии на снос, образование отходов).
Предложена шкала критериев оценки экологичности бетона с учётом следующих факторов: содержание восстановленных веществ из отходов; консервация природных ресурсов и увеличение срока эксплуатации конструкции; уменьшение объёмов токсичных веществ или других вредных выбросов; экономия энергии и воды; вклад в безопасность жизни и создание благоприятных условий труда; сокращение объёмов выбросов СО2; баллы в системе рейтинговых оценок экологичности; особые направления деятельности компании.
Цемент является наиболее значительным источником выбросов СO2 (850 кг при изготовлении 1 тонны цементного клинкера).
Используют двухступенчатый подход при создании экологичного бетона: выбор цемента с благоприятными экологическими характеристиками; уменьшение количества цемента через снижение водопотребности. Последнее достигается оптимизацией отношения во-да/(цемент + известковая мука).
Эффективно использование бетонов с повышенным содержанием золы-уноса и пластификаторов. Зола-унос - каменноугольная летучая зола, получается на угольных электростанциях. В Германии до 75% её используют в строительстве в качестве наполнителя и вяжущего компонента. Применяют бетоны с повышенным содержанием летучей золы (более 50% по массе). Использование пластификаторов позволяет снизить водоцементное отношение. Кроме того, оптимизация гранулометрической кривой просеивания позволяет улучшить уплотнение бетонной смеси.
Виды лабораторных работ:
- испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению;
- испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по наклонному сечению;
- испытание железобетонной балки на внецентренное сжатие;
- испытание предварительно напряжённой железобетонной балки;
- испытание железобетонного элемента на косое внецентренное сжатие;
- испытание кирпичного столба на внецентренное сжатие;
- исследование действительной работы одноэтажного промышленного здания;
- испытание арматуры на растяжение;
- определение физико-механических характеристик бетона;
- определение прочностных характеристик каменных материалов;
- определение прочностных характеристик раствора.
В лабораториях кафедры «Конструкции зданий и сооружений» имеются лабораторные установки для испытаний:
- деревянной дощато-гвоздевой балки;
- одноэтажной однопролётной стальной рамы;
- стальной сквозной балки с параллельными поясами;
- моделей фундаментов и грунтовых оснований в пространственных стальных лотках;
- грунтов ненарушенной структуры в сдвиговых и компрессионных приборах.
В программу обучения по рассматриваемой дисциплине входят: технические обследования строительных конструкций, зданий и сооружений; наблюдение за развитием перемещений и трещин во времени.
В ГОСТах описаны методики испытания различных материалов, конструкций, соединений. Так, согласно ГОСТ 6996-66 (Сварные соединения. Методы определения механических свойств) проводят следующие виды испытаний:
а) испытание металла различных участков сварного соединения и направленного металла на статическое кратковременное растяжение;
б) то же на ударный изгиб (на надрезанных образцах);
в) то же на твёрдость металла;
г) испытание металла различных участков сварного соединения на стойкость против механического старения;
д) испытание сварного соединения на статическое растяжение;
е) то же на статический изгиб (загиб);
ж) то же на ударный разрыв.